
- •Актюбинский государственный университет
- •Содержание
- •Введение
- •Лекция 1: вводные сведения.
- •1. Единство и многообразие энергетических установок транспортной техники
- •2. Принципы работы различных энергетических установок.
- •3. Современное состояние и перспективы развития различных энергетических установок.
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 2: топлива и продукты сгорания.
- •1. Виды топлив применяемых в теплоэнергетических установках и их краткая характеристика.
- •2. Физико-химические основы процесса сгорания топливо-воздушных смесей в различных теплоэнергетических установках.
- •3. Продукты сгорания и их влияние на окружающую среду. Способы обезвреживания продуктов сгорания.
- •Токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 3: рабочий процесс поршневой энергетической установки транспортной техники
- •1. Основные понятия и определения. Цикл, такты и фазы газораспределения поршневых двс. Индикаторные диаграммы.
- •2. Процессы газообмена. Характеристика и параметры процессов газообмена.
- •3. Влияние различных факторов на процессы газообмена. Развития систем газообмена.
- •4. Процесс сжатия
- •Значения параметров процесса сжатия
- •Лекция 4: процесс смесеобразования, воспламенение и сгорания топлива в двигателях с искровым зажиганием.
- •1. Процесс смесеобразование в двигателях с искровым зажиганием.
- •2. Воспламенение и сгорание топлива.
- •3. Нарушения сгорания.
- •4. Влияние различных факторов на процесс сгорания.
- •1. Впрыскивание и распыливание топлива.
- •2. Смесеобразование в дизеле.
- •3. Процессы сгорания и тепловыделения.
- •4. Процесс расширения
- •Значения параметров процесса расширения
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 6: индикаторные и эффективные показатели
- •1. Индикаторные показатели. Влияние различных факторов на индикаторные показатели двигателя с искровым зажиганием и дизеля.
- •Влияние различных факторов на индикаторные показатели двигателя с искровым зажиганием.
- •Pис. 6.1. Зависимости индикаторного кпд от коэффициента избытка воздуха для двигателя с искровым зажиганием (a) и дизеля (б)
- •Влияние различных факторов на индикаторные показатели дизеля.
- •2. Механические потери в двигателе
- •3. Эффективные показатели двигателя
- •Значения индикаторных и эффективных показателей
- •4. Тепловой баланс двигателя
- •Влияние различных факторов на тепловой баланс двигателя
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 7. Характеристики и способы повышения мощности энергетических установок.
- •1. Характеристики энергетических установок.
- •2. Виды характеристик поршневых двс.
- •3. Способы повышения мощности двигателя
- •Контрольные вопросы
- •1. Кинематические характеристики движения.
- •2. Динамика кривошипно-шатунного механизма
- •3. Влияние конструктивных соотношений кривошипно-шатунного механизма на параметры двигателя
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 9: испытание энергетических установок.
- •1. Цели и виды испытаний.
- •2. Методы и приборы для проведения испытаний энергоустановок.
- •3. Техника безопасности при испытаниях.
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 10: кривошипно-шатунный механизм.
- •1. Классификация и назначение, компоновочные и кинематические схемы, конструкция элементов корпусной и цилиндровой группы.
- •2. Конструкция элементов поршневой группы.
- •3. Конструкция элементов шатунной группы.
- •4. Конструкция коленчатого вала
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 11: механизм газораспределения
- •1. Назначение, основные конструкционные решения и схемы грм.
- •2. Конструкция элементы механизма газораспределения
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция №12. Смазочная система и система охлаждения
- •1. Основные функции и работа смазочной системы.
- •2. Основные агрегаты смазочной системы
- •3. Назначение и основные требования системе охлаждения
- •4. Агрегаты системы охлаждения и регулирование температуры охлаждающей жидкости
- •12.2. Схема системы охлаждения
- •Контрольные вопросы.
- •Лекция 13. Система питания топливом и воздухом. Система питания двигателя
- •1. Назначение, основные требования и конструктивные особенности системы питания двигателей с искровым зажиганием
- •2. Назначение, основные требования и конструктивные особенности приборов системы питания дизелей
- •3. Требования, предъявляемые к системам очистки воздуха, конструктивные особенности приборов подачи воздуха.
- •Контрольные вопросы
- •Лекция №14. Системы пуска энергетических установок.
- •1. Способы пуска двигателя
- •2. Средства, облегчающие пуск двигателя
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 15. Работа энергетических установок в эксплуатации
- •1. Работа энергетических установок в эксплуатации на неустановившихся режимах.
- •2. Технико-экономические показатели работы энергетических установок в эксплуатации.
- •Литература
2. Принципы работы различных энергетических установок.
Рабочий цикл двигателя формируется из взаимосвязанных процессов, которые зависят от особенностей его организации в соответствии с использованными принципами функционирования двигателя. Анализируют рабочий цикл по индикаторной диаграмме, которая представляет собой зависимость давления р в цилиндре двигателя от текущего надпоршневого объема V (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Схема двигателя с искровым зажиганием и его индикаторная диаграмма: 1 — поплавковая камера; 2 — диффузор карбюратора; 3 — дроссельная заслонка;4 — свеча зажигания
Рабочие процессы четырехтактного бензинового двигателя. В термодинамике данный цикл моделируется циклом Отто, в котором полагают, что в процессе при V = соnst в ВМТ теплота подводится мгновенно.
Бензиновый двигатель — двигатель с принудительным искровым зажиганием, внешним смесеобразованием и количественным регулированием мощности.
На большей части режимов мощность двигателя регулируется изменением количества подаваемой в цилиндры топливовоздушной смеси при мало меняющемся ее составе.
В
зависимости от режима работы двигателя
свежий заряд (топливо-воздушная смесь)
может иметь различное относительное
содержание топлива и воздуха. Состав
топливовоздушной смеси оценивают
коэффициентом избытка воздуха α —
отношением количества воздуха GB,
содержащегося в топливовоздушной смеси,
к его минимально необходимому
количеству для полного сгорания топлива
,
находящегося в смеси:
,
где
=
14,9 кг — количество воздуха, необходимое
для полного сжигания 1 кг бензина. Если
α = 1, то смесь называется стехиометрической.
При α < 1 смесь называется богатой
(топливом), а при α > 1 — бедной (топливом).
Для бензиновых двигателей в зависимости от режима работы α изменяется в пределах 0,7... 1,3.
Рассмотрим
процессы, формирующие индикаторную
диаграмму четырехтактного двигателя
с искровым зажиганием, описав
последовательно такты рабочего цикла
двигателя (на рис. 1.2
— атмосферное давление).
Такт
впуска
осуществляется при повороте кривошипа
на угол от φ = 0 до φ= 180°. Надпоршневое
пространство при этом изменяется от
объема камеры сгорания
(ВМТ) до полного объема цилиндра
(НМТ). Такт на индикаторной диаграмме
представлен линиейra.
В
начале такта в объеме камеры сгорания
находится часть продуктов сгорания от
предыдущего цикла — остаточные газы.
В результате их смешения со свежим
зарядом в цилиндре двигателя образуется
рабочая смесь. При движении поршня к
НМТ закрывается выпускной клапан (в
точкеb"),
создается разрежение в цилиндре и
он заполняется свежим зарядом.
Давление
рабочего тела
в точкеa
зависит от гидравлических потерь во
впускном тракте. Эти потери уменьшаются
при улучшении качества впускного
трубопровода, уменьшении скорости
движения свежего заряда во впускном
тракте, а также при увеличении степени
открытия дроссельной заслонки, которые
зависят от скоростного и нагрузочного
режимов работы двигателя.
Температура
рабочего тела
в точке а определяется интенсивностью
теплообмена между свежим зарядом,
поверхностями впускного трубопровода,
по которому движется свежий заряд и
стенками камеры сгорания, а также
его смешиванием с остаточными газами.
В карбюраторных двигателях для улучшения
испарения бензина впускной трубопровод
специально подогревают.
Такт
сжатия
происходит при повороте кривошипа на
угол от φ =180° (НМТ) до φ= 360° (ВМТ). На
индикаторной диаграмме такту сжатия
соответствует линия ас. В конце такта
сжатия (в точке с) расчетные параметры
рабочего тела
;
определяются
их начальными значениями (
,
),
а также степенью сжатия е (
— показатель адиабаты сжатия).
Степенью
сжатия называется отношение
,
где
— рабочий объем двигателя. Для современных
двигателей ε
=
7,5... 10.
В
действительном цикле закрытие впускного
клапана происходит несколько позже
НМТ (точка а") в целях увеличения
наполнения цилиндра свежим зарядом
(дозарядка) за счет энергии его движения.
В момент, обозначенный на диаграмме
буквой f, происходит искровой разряд
в свече зажигания. В цилиндре начинается
процесс сгорания топливовоздушной
смеси, поэтому параметры рабочего
тела будут увеличиваться. Угловой
интервал (в градусах поворота
коленчатого вала) от момента подачи
искры до прихода поршня в ВМТ называется
углом опережения зажигания
.
Такт
расширения
происходит в процессе сгорания заранее
подготовленной достаточно однородной
рабочей смеси во время движения
поршня от ВМТ (φ = 360°) к НМТ (φ = 540°). В
начальный период такта сгорает основная
масса топлива, а при расширении рабочего
тела производится полезная работа. На
индикаторной диаграмме это кривая
.
При
повороте кривошипа на угол
=
10... 15° после ВМТ давление в цилиндре
максимально.
В действительном цикле до прихода поршня в НМТ в точке b' открывается выпускной клапан. Это несколько уменьшает работу расширения, но существенно улучшает очистку цилиндра от отработавших газов.
Такт
выпуска
осуществляется во время движения поршня
от НМТ (φ= 540°) к ВМТ (φ = 720°), в ходе которого
продукты сгорания выталкиваются из
цилиндра при небольшом избыточном
давлении
=
(1,05... 1,2)
.
На индикаторной диаграмме данному
такту соответствует криваяbr.
В конце такта выпуска в точке а', когда поршень еще не дошел до ВМТ, начинает открываться впускной клапан.
Рабочие процессы четырехтактного дизеля. В термодинамике данный цикл моделируется циклом Сабатэ—Тринклера, в котором полагают, что теплота подводится в процессах при V= сопst в ВМТ и при р = сonst после ВМТ.
Дизель — двигатель с воспламенением от сжатия, внутренним смесеобразованием и качественным регулированием мощности. Она регулируется путем впрыскивания различного количество топлива в неизменное количество воздушного заряда, что практически не влияет на общий объем топливовоздушной смеси, но резко изменяет ее состав (α от 1,3 до 5). В дизеле свежий заряд — воздух. Для полного сжигания 1 кг дизельного топлива требуется кислород, содержащийся в 14,5 кг воздуха. Чтобы обеспечить надежное самовоспламенение смеси, степень сжатия в дизелях принимается большей, чем в двигателях с искровым зажиганием: ε = 14... 23.
Проанализируем особенности протекания процессов, формирующих рабочий цикл дизеля (рис. 1.3), и сравним с характером протекания аналогичных процессов в двигателе с искровым зажиганием.
Такт впуска. Гидравлические потери во впускной системе дизеля меньше, чем в двигателе с искровым зажиганием, из-за отсутствия дроссельной заслонки.
Они не меняются при изменении нагрузки на двигатель. Нет отвода теплоты от свежего заряда на до испарение топлива. Поэтому давление в точке а в дизеле больше, чем в двигателе с искровым зажиганием.
Так
как в дизеле степень сжатия больше, то
к свежему заряду подмешивается
относительно меньшее количество
отработавших газов, температура которых
меньше, чем у двигателя с искровым
зажиганием. Поэтому температура
в дизеле несколько ниже.
Рис. 1.3. Схема дизеля и его индикаторная диаграмма:
1 — кривошипно-шатунный механизм; высокого давления; 2 — редуктор; 3 — топливный насос; 4 — форсунка; 5 — механизм газораспределения
Такт сжатия. Из-за большей степени сжатия параметры рабочего тела в точке с у дизеля выше, чем в двигателе с искровым зажиганием.
Топливо
впрыскивается в камеру сгорания в конце
такта сжатия. Угол поворота коленчатого
вала от момента начала впрыскивания
топлива (точка f)
до прихода поршня в ВМТ, называется
углом опережения впрыскивания
.
Процесс сгорания начинается до ВМТ, а
давление в цилиндре
превышает давление сжатия
.
Такт
расширения.
В отличие от двигателя с искровым
зажиганием в дизеле подготовка
топливовоздушной смеси происходит за
существенно меньший интервал времени.
Значительная часть топлива впрыскивается
в цилиндр непосредственно в процессе
сгорания. Поэтому в дизеле при
положении поршня около ВМТ сгорает
меньшая доля топлива, чем в бензиновом
двигателе. Часть подаваемого топлива
сгорает после ВМТ. Более низкие значения
являются следствием большего значения
коэффициента избытка воздуха в
дизеле.
Параметры рабочего тела в конце такта расширения в точке b ниже, чем в двигателе с искровым зажиганием, из-за более высокой степени сжатия и, следовательно, большей степени расширения продуктов сгорания.
Такт
выпуска.
Параметры рабочего тела в точке r
в дизеле также ниже, чем в двигателе
с искровым зажиганием, что обусловлено
более низкой температурой в конце такта
расширения
.